量子保密通信的安全性基于物理学基本原理

近期，学习时报围绕量子信息科技主题，特约潘建伟院士团队撰写《量子通信：未来自主可控信息安全生态的重要保障》《量子精密测量：测量精度突破经典技术极限》《量子计算：后摩尔时代计算能力提升的解决方案》三篇科普文章，对量子信息科技进行了较为完整的介绍和展望。

信息安全是事关国计民生的重大战略领域。传统的信息安全通过依赖于计算复杂度的加密算法来实现，然而随着计算能力的飞速发展，依赖于计算复杂度的传统加密算法面临着日益加剧的安全风险。

基于量子密钥分发的量子保密通信是迄今唯一原理上无条件安全的通信方式。量子密钥分发是指利用量子态来加载信息，通过一定的协议产生密钥。量子力学基本原理保证了密钥的不可窃听，从而实现安全的量子保密通信。量子保密通信的安全性基于物理学基本原理，与计算复杂度无关，即使未来强大的量子计算机问世也不会对其安全性形成威胁。

量子保密通信是最先走向实用化和产业化的量子信息技术。通过量子密钥分发所生成的安全密钥，除了原理上无条件安全的“一次一密”加密方式外，还可以与经典对称加密算法相结合，兼顾安全性与通信速率。例如，按照现有技术水平，量子密钥分发与AES(高级加密标准)加密算法相结合，可以达到Gbps(交换带宽)的通信速率，同时大幅提升种子密钥的更新率，有效提升通信安全水平。此外，也可与下一代的“PQC(抗量子计算密码)”相结合，增强身份认证等的安全性。

量子通信的发展目标是构建全球范围的广域量子通信网络体系。通过光纤实现城域量子通信网络，进而通过中继器实现邻近两个城市之间的连接，最终通过卫星平台的中转实现遥远区域之间的连接，是广域量子通信网络的发展路线。

在城域量子通信网络方面，中国科学技术大学先后建成国际上首个全通型城域量子通信网络、首个量子政务网以及首个规模化城域量子通信网络，并在这一过程中将相关技术发展成熟，自主研制的量子保密通信装备已经为很多重要活动提供了信息安全保障。

在基于可信中继的城际量子通信网络方面，国际上首条远距离光纤量子保密通信骨干网“京沪干线”，于2016年底全线贯通。干线全长2000余公里，连接北京和上海，贯穿济南、合肥等地。在沿线金融、政务、电力等部门的合作下，开展远距离量子保密通信的技术验证与应用示范。在“京沪干线”应用示范的基础上，国家发展改革委于2018年2月批复了“国家广域量子保密通信骨干网络”项目，将覆盖京津冀、长三角、粤港澳、成渝等重要区域，推动量子保密通信的规模化应用。